JP2546419B2 - レーザcvd装置 - Google Patents

レーザcvd装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザCVD装置に関し、特に試料を走査す
るためのXYステージ及びチャンバの構造に関する。
〔従来の技術〕
レーザCVD装置では、励起源であるレーザ光を導入す
るためにチャンバ壁面にガラス窓(レーザ光を透過する
材質)が設けられている。また、レーザCVDによる局所
堆積を利用して薄膜のパターニングを行うことを目的と
するレーザCVD装置では、通常レーザ光に対して試料を
走査するための手段としてXYステージが用いられてい
る。
従来のレーザCVD装置では、XYステージの設置位置と
して次の2通りの方法が採用されていた。
(i)XYステージを全てチャンバ内(化合物気体雰囲気
中)に設置するもの(チャンバ内部型と呼ぶ)。例え
ば、特願昭61−220158号に一例がみられる。今、第3図
にこの従来例の構成を示す。第3図においてはXYステー
ジ1は全てチャンバ2内に配置されており、励起源であ
るレーザ光を導入するためにチャンバ2の上壁面にガラ
ス窓3が設けられている。該ガラス窓3の下側には試料
4が、ガラス窓3の上側には対物レンズ5が配置されて
いる。
(ii)チャンバ全体をXYステージで移動させるもので、
この場合XYステージは全てチャンバの外部に置かれる
(チャンバ外部型と呼ぶ)。この例としては、文献
(1)J.Vac.Sci.Technol,B5,496(1987) (2)App
l.Phys.Lett,43,946(1983)等にみられる。これらの例
における構成を第4図(A)〜(C)に示す。同図にお
いて、XYステージ1はその全体がチャンバ2の下側外部
に設置されており、チャンバ2全体をXYステージ1で移
動させると共に試料4(同図B)にはガラス窓3を介し
て対物レンズ5でレーザ光が集光されるように構成され
ている。なお、対物レンズ5の上方にはダイクロイック
ミラー6が配置されており、第4図(A)、(C)にお
いてレーザ7からのレーザ光は光学シャッタ8、レンズ
9を経た後、ダイクロイックミラー6に導かれるように
構成されている。また、第4図(A)において、符号9a
はモニタ、9bはコンピュータ、9cはインタフェース、37
は反射光照明器、38は透過光照明器、39は反射ミラー、
36はカメラである。また、第4図(C)において、符号
9dはフォトダイオード、9eは光導電効果を利用したビジ
コン、9fはモニタ、9gはホストコンピュータ、9hは制御
装置、41は受光部、42はアイピース、43は光源、44は制
御信号を示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述の従来例では、特に大型の試料を
扱う上で、それぞれ次に示すような問題が存在する。
(i)第3図に示すチャンバ内部型の問題 この形式ではXYステージ1全体をチャンバ2内に設置
するため、プロセス上必要な空間以上に、チャンバ2の
内容積が大きくなる欠点が存在する。
これは、XYステージ1の投影床面積が、試料4の面積
の4倍程度を必要とするためで、避けることができな
い。
また、6インチ角のストロークを考えた場合でも、機
構部品が占有する体積を除いて30〜40の空間が発生す
るが、将来の応用が見込まれる450mm角のLCD(液晶ディ
スプレイ)用ガラス基板を試料として考えた場合には、
その容積は数百にものぼってしまう。このため、チャ
ンバ2の内部雰囲気を置換するための排気時間を置換す
るための排気時間、化合物気体の消費量等を考えれば実
用的な装置構成とは言えないことは明らかである。
(ii)第4図(A)〜(C)に示すチャンバ外部型の問
題 この場合はチャンバ2の容積を最小限に小さくできる
利点はあるが、チャンバ2の壁面に、取り付けるガラス
窓3の板厚と対物レンズ5の関係が問題となってくる。
通常チャンバ2内に試料4を設置した後の雰囲気置換に
は、真空排気系が採用されるため、ガラス窓3は1気圧
の圧力差で破壊されないだけの板厚にしなければならな
い。しかしながら、試料4の面積が大きくなり、これを
カバーするためにガラス窓3の面積を広げていくと、こ
れが急速に厚くなってしまう。例えば、有効エリア400m
m角のガラス窓3の場合十数mmの板厚のガラスが必要と
なる。一方で、レーザ光を数μm以下の径で集光できる
ような対物レンズ5ではその作動距離を15mm以上とるこ
とが技術的に困難であり、上述のような厚いガラス窓3
を使用した装置は構成できない。
本発明の目的は上述した問題に鑑みなされたもので、
試料の外形寸法によらずガラス窓の板厚を比較的薄いも
のに保つことができ、しかもチャンバ内部型の場合より
もチャンバ容積を小さくでき、装置も小型にできるレー
ザCVD装置を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、解離反応により導電性物質を形成する化合
物気体を含む雰囲気中に配置された試料上にレーザ光を
集光照射して、主にこの照射点での局部的な温度上昇に
よる熱CVD作用により、前記照射点近傍に導電性物質を
局所堆積させ、さらに前記レーザ光に対して試料を相対
的に走査することにより、前記試料上に導電性物質を連
続的に堆積して配線を形成するレーザCVD装置におい
て、前記試料をレーザ光に対して相対的に走査する手段
としてXYステージを用い、かつこのXYステージの2軸の
うちの1軸を、試料を前記化合物気体雰囲気中に保持す
るために使用するチャンバ内に設置し、他の1軸をチャ
ンバ全体を動かすようにチャンバ外に設置するように構
成したものである。
〔作用〕
本発明によれば、XYステージの1軸をチャンバ内に、
もう1軸をチャンバ全体を動かすようにチャンバの外部
に置くことにより、チャンバの外部に置くステージの移
動方向にのみ長さをとった、細長いガラス窓でよいため
板厚が薄くても圧力差に耐えられる。したがって、ガラ
ス窓の板厚を比較的薄くしたままで、大型試料に対応で
きる。さらに、上記構成によりチャンバ内部型の場合よ
りもチャンバ容積を小さくでき、装置も小型化できる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明に係るレーザCVD装置の一実施例を示
す全体構成図である。本実施例では、レーザ10としてAr
レーザあるいはQスイッチNd:YAGレーザの第2高調波
(SH光)等の可視レーザを、原料化合物としてダングス
テンカルボニル(W(CO))を使用して、LSIチップ
上又はLCD用基板上にタングステンの配線をCVDにより形
成する場合を示している。
原料化合物のW(CO)は室温で固体であり、リザー
バ11と呼ぶ容器中で加熱されガス化される。このときの
飽和蒸気圧は65℃で約1.2Torrである。ガス化したW(C
O)はキャリアガス12(本実施例ではアルゴンを用い
た)と混合して1気圧程度で化合物気体13としてチャン
バ14内に送られる。これは、ガス化したW(CO)の蒸
気圧が小さいためである。
チャンバ14内は、化合物気体13で満たされており、試
料15はこのチャンバ14の中に配置され、載物台16に内蔵
のヒータで雰囲気ガス温度程度に加熱されている。これ
は、W(CO)が試料15の表面に再凝集しないためであ
る。この状態で、試料15の表面にレーザ光17を集光する
ことにより、レーザ光照射部近傍にタングステン薄膜が
堆積する。
レーザ光の集光径が2μm程度のとき、Arレーザの場
合は100mW程度、QスイッチNd:YAGレーザのSH光の場合
は平均出力1mW程度とすることで、堆積が行われる。
配線を形成するには、XYステージ18、19により試料15
を走査すればよい。このようにすれば、タングステン堆
積が連続して横方向につながっていき、タングステンに
よる配線となる。このときのXYステージ18、19の移動速
度は0.5μm/s〜5μm/s程度である。
第2図は本発明によるXYステージ18、19とチャンバ14
との関係を示す斜視図である。同図に示すように、X軸
のXYステージ18はチャンバ14の下に、一方Y軸のXYステ
ージ19はチャンバ14内に配置されている。したがって、
X軸ストローク方向(矢印A方向)にはチャンバ14ごと
移動させるので、チャンバ14の上壁面に設けたガラス窓
20は試料15の全面を覆う必要はない。なお、矢印BはY
軸ストローク方向を示す。ガラス窓20の開口寸法は、短
辺側は20mm程度、長辺側は試料15のX方向の寸法と同程
度となっている。このように、短辺側の寸法は試料寸法
によらず20mm程度でよいため、450mm角の試料15の場合
でも厚み3〜4mmのガラス窓20で充分1気圧の差圧に耐
えられる。また、チャンバ14はY軸にみを覆えばよいの
で、XYステージ全体を内蔵する場合に比べて小型にで
き、6インチ角の試料15が対象の場合でチャンバ14の内
部空間は10程度(機構部品の占有体積は除く)とな
る。
また、第1図に示すように、レーザ光17はビームエキ
スパンダ21で拡大された後、対物レンズ22で試料15上に
集光されるようになっているが、この対物レンズ22とし
ては焦点距離11mm、作動距離14.5mmのものを使用した。
したがって、ガラス窓20の板厚が3〜4mmであれば、対
物レンズ22の上下ストロークの余裕を数mmとることがで
き、充分実用的なシステムとなる。
対物レンズ22は接眼23あるいはTVカメラ24での観察用
のレンズを兼ねているため、短焦点(焦点距離11mm)の
ものが必要となる。なお、第1図において、符号25はモ
ニタ、26はヒータ、27はダイクロイックミラー、28は排
ガス処理部、29は排気ガスを示す。また、前記チャンバ
14の左側壁には開閉扉30が設けられている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係るレーザCVD装置によ
れば、XYステージの2軸のうち、1軸をチャンバ内部
に、もう1軸をチャンバ全体を移動するようにチャンバ
外部に設置した構成とすることにより、対象となる試料
の外形寸法によらず、レーザ光導入用のガラス窓の板厚
を比較的薄いものに保つことができ、光学系の設計・製
作を可能とするばかりでなく、XYステージ全体をチャン
バ内に組み込む従来に比べてチャンバ自身の内容積を格
段に小さくすることが可能となり、大型の試料に対して
レーザCVDによる金属薄膜のパターニング技術の適用が
可能になるという種々の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るレーザCVD装置の一実施例を示す
全体構成図、第2図は第1図に示す実施例のチャンバ及
びXYステージの関係を示す斜視図、第3図及び第4図
(A)、(C)はそれぞれ従来例の構成を示す模式図、
第4図(B)は第4図(A)のB部の拡大断面図であ
る。 10……レーザ、 14……チャンバ、 15……試料、 17……レーザ光、 18、19……XYステージ、 20……ガラス窓、 21……ビームエキスパンダ、 22……対物レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 H01L 21/88 B

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】解離反応により導電性物質を形成する化合
    物気体を含む雰囲気中に配置された試料上にレーザ光を
    集光照射して、主にこの照射点での局部的な温度上昇に
    よる熱CVD作用により、前記照射点近傍に導電性物質を
    局所堆積させ、さらに前記レーザ光に対して試料を相対
    的に走査することにより、前記試料上に導電性物質を連
    続的に堆積して配線を形成するレーザCVD装置におい
    て、前記試料をレーザ光に対して相対的に走査する手段
    としてXYステージを用い、かつこのXYステージの2軸の
    うちの1軸を、試料を前記化合物気体雰囲気中に保持す
    るために使用するチャンバ内に設置し、他の1軸をチャ
    ンバ全体を動かすようにチャンバ外に設置するようにし
    たことを特徴とするレーザCVD装置。
  2. 【請求項2】レーザ光はビームエキスパンダで拡大され
    た後、対物レンズで試料上に集光されて成る請求項1記
    載のレーザCVD装置。
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